|
Технология получения глутаминовой кислоты
L-глутаминовая кислота (
α-аминоглутаровая) – первая аминокисло-
та, полученная на основе промышленного микробиологического синтеза:
НООС – СН
2
– СН
2
– NH
2
СН – СООН
Глутаминовая кислота является важнейшей аминокислотой раститель-
ных и животных белков, не будучи незаменимой. Синтез глутаминовой
0
2
4
6
8
10
12
0
20
40
60
0
10
20
30
40
50
1
2
3
4
глюкоза, %
кислота, мг/мл
время, часы
Рис. 2.1. Основные показатели культуры Corynebacterium glutamaticum
при синтезе глутаминовой кислоты (по А. М. Безбородову, 1989).
1 – глюкоза, 2 – кетоглутаровая кислота, 3 – биомасса, 4 – глутаминовая кислота.
58
кислоты происходит в цикле трикарбоновых кислот (рис. 2.2) в результате
ферментативного восстановительного аминирования 2-кетоглутаровой
кислоты НАДФ-зависимой глутаматдегидрогеназой:
НООС – СН
2
– СН
2
– СО – СООН + НАД(Ф)Н
2
+ NН
3
→
→ НООС – СН
2
– СН
2
– NН
2
СН – СООН + НАД(Ф).
2-кетоглутаровая кислота образуется в свою очередь из изолимонной ки-
слоты под воздействием изоцитратдегидрогеназы. Необходимый для син-
теза глутаминовой кислоты НАД(Ф)Н постоянно регенерируется в про-
цессе окисления изолимонной кислоты в 2-кетоглутаровую.
Возможность получения глутаминовой кислоты из углеводов на основе
микроорганизмов впервые была продемонстрирована в 1957 г. японскими
исследователями Киносита, Асаи и др. Продуцировать глутаминовую ки-
слоту способны дрожжи, микроскопические грибы, бактерии. Бактерии
обеспечивают наибольший выход по отношению к использованному угле-
родному субстрату (не менее 40–50 %). Промышленное значение имеют
Глюкоза
Пировиноградная кислота
Ацетил-КоА
Сукцинил- КоА
α-кетоглутарат-
дегидрогеназа
отсутствует
Глутаминовая
кислота
Лимонная кислота
Яблочная кислота
Фумаровая кислота
Янтарная кислота
Щавелевоуксусная
кислота
Изолимонная
кислота
α-кетоглутаровая
кислота
Рис. 2.2. Схема синтеза глутаминовой кислоты С. glutamaticum.
59
бактериальные культуры (Micrococcus, Brevibacterium, Microbacterium,
Corynebacterium). Сверхсинтез кислоты у диких штаммов возможен в спе-
циальных физиологических условиях при торможении скорости роста и
увеличении проницаемости клеточной мембраны для глутаминовой ки-
слоты. Такие условия обеспечивает определенная концентрация биотина в
среде (1–5 мкг/л), а также присутствие некоторых антибиотиков. Внутри-
клеточная концентрация глутаминовой кислоты снижается в результате
экскреции продукта в околоклеточную среду, поэтому регуляция синтеза
конечным продуктом ослабевает. Сверхпродукция глутаминовой кислоты
связана также с высокой концентрацией аммония в среде, высокой актив-
ностью НАД(Ф)Н-зависимой глутаматдегидрогеназы и отсутствием или
дефектом
α-кетоглутаратдегидрогеназы, катализирующей превращение 2-
кетоглутарата в янтарную кислоту.
Глутаминовая кислота в основном используется в фармакологии и пи-
щевой промышленности, поэтому задача постферментационной стадии –
получение высокоочищенных препаратов. Для этого на первом этапе об-
работки культуральной жидкости в нее добавляют негашеную известь или
известковое молоко. После этого избыток ионов осаждают кислотой, оса-
док удаляют центрифугированием. Фильтрат после осветления активиро-
ванным углем и сорбции на ионообменных смолах концентрируют ваку-
ум-выпариванием при 40–60
°С. Осаждение кристаллов глутаминовой ки-
слоты проводят в изоэлектрической точке (рН 3.2 при 4–15
°С). В резуль-
тате перекристаллизации чистота продукта достигает 99.6 %. Кристаллы
кислоты отделяют от маточника центрифугированием, промывают и вы-
сушивают. Если нужно получить глутамат натрия, кристаллы глутамино-
вой кислоты обрабатывают гидроокисью натрия. Для этого влажные кри-
сталлы растворяют в воде, нейтрализуют 50 % раствором едкого натра.
Полученный раствор фильтруют, упаривают под вакуумом до содержания
сухих веществ 60 % и направляют на перекристаллизацию. Полученные
кристаллы глутамата натрия выделяют из маточного раствора центрифу-
гированием и высушивают током горячего воздуха.
Глутамат натрия усиливает вкус многих пищевых продуктов, способ-
ствует длительному сохранению вкусовых качеств консервированных
продуктов (овощей, рыбы, мясных продуктов). За рубежом глутамат на-
трия добавляют во все продукты не только при консервировании, но и при
замораживании и просто хранении. В Японии, США и других странах глу-
тамат натрия является обязательной принадлежностью стола аналогично
соли, перцу, горчице. Глутаминовая кислота не только повышает вкусо-
вую ценность пищи, но также стимулирует пищеварение. Важное свойст-
ва глутаминовой кислоты – служить защитным фактором при отравлениях
внутренних органов (печени, почек), ослаблять действие токсинов и уси-
ливать ряд фармакологических препаратов. В настоящее время производ-
ство глутаминовой кислоты является крупнотоннажным биотехнологиче-
60
ским производством (около 400 000 т/г), объемы ее производства возрас-
тают с каждым годом. Ведущими странами – производителями глутами-
новой кислоты и глутамата натрия являются Япония и США.
Do'stlaringiz bilan baham: |
